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视频信号测量与发生基础

  复合视频信号是所有需要生成视频信号的成分组合在同一信号中的信号。构成复合信号的三个主要成分如下:

  水平同步(HSYNC)信号示每条新的视频行的开始。其后是后沿,用来作为从浮地(交流耦合)视频信号去除直流分量的参考电平。这是通过单色信号的钳制间隔实现的,它出现在后沿中。对于合成彩色信号,钳制发生在水平同步脉冲中,由于大部分后沿用于色彩突发,它提供了信号色彩成分解码信息。在MAX帮助中,视频信号的所有设置参数都有较清楚的描述。

  色彩信息可以包含在单色视频信号中。复合色彩信号包含标准单色信号(RS-170或CCIR),并加入了以下成分:

  视频信号的另一方面是垂直同步(VSYNC)脉冲。这实际上是在场之间发生的脉冲序列,用于通知显示器,完成垂直重跟踪,准备扫描下一场。在每个场中都有几行是不包含活动视频信息的。有些只包含HSYNC脉冲,而其他包含均衡与VSYNC脉冲序列。这些脉冲是在早期的广播电视中定义的,所以从那以后构成了标准的一部分,虽然之后的硬件技术能够避免部分附加脉冲的使用。在图5中给出了复合RS-170交叉信号,其中包括垂直同步脉冲,为了简单起见,下面给出了一个6行帧:

  应当理解对于从模拟相机得到的图片,其垂直尺寸(以象素为单位)是由帧接收器对水平视频行采样的速率所决定的。而这个速率是由垂直行速率合相机的体系结构所决定的。相机CCD阵列的结构决定了每个象素的大小。为了避免图像失真,您必须对水平方向,以一定速率进行采样,将水平的活动视频场分割为正确的象素点数。下面是RS-170标准的实例:

  对于所有的PAL和NTSC格式而言,编码是基于正交调幅(QAM)概念的,其中将两个彩色成分通过象限幅度调制之后,合并在一起。调制必须经过解码,因此跟踪绝对相位需要对彩色信息进行解码。称为彩色突发的参考信号被插入到每行的开始处,它位于水平同步脉冲之后(参阅上述图3与图4)。

  对于所有的SECAM格式,两个彩色成分使用两个不同的子载波频率进行频率调制,之后顺序分步在不同的视频行上。SECAM格式不需要彩色突发信号。

  视频信号电平定义了视频信号不同部分的电平和范围。用于定义视频信号电平的组织是IRE(无线电工程师协会)。消隐电平对应0 IRE,白色电平对应+ 100 IRE。消隐电平是视频信号的参考级别(通常为0 V),如下面的图6所示,如果对信号进行一定的设置,消隐电平和白色电平是不同的。

  对于NTSC而言,通常应用7.5 IRE设置,将黑色电平提高为+ 7.5 IRE。对于PAL和SECAM,黑色电平与消隐电平一致,均为0 IRE。

  模拟合成视频信号使用75 的输出阻抗定义为电压源。当带75 阻抗的负载时,白色电平同步通常为1 V峰峰值。因此,无负载信号名义上为2 V峰峰值。

  模拟视频信号包含控制扫描从左到右逐行以及从上到下逐场进行扫描。控制逐行扫描的脉冲称为水平同步脉冲(H-Sync)。控制垂直扫描的脉冲称为垂直同步脉冲(V-Sync)。

  两个交叉场合成一个完整帧。第一个场称为奇数场,对视频图像的奇数行进行扫描。第二个场称为偶数场,对视频图像的偶数行进行扫描。整个过程对每帧进行重复。

  扫描得到的活动视频图像总是具有4/3的尺寸比例(水平/垂直),它与视频格式无关。彩色复合视频信号表明扫描过程要求在每行的左侧和右侧需要一些附加空间,在活动视频图像场的顶部和底部也同样如此。这个额外的空间包含同步信号、彩色突发以及其他例如ITS等格式特定的信息,这并不是活动视频图像的一部分。大约所有行的90%以及每行的80%都能够传送活动图像信息。如下表所示,精确的数值依赖于视频格式。

  活动行代表了实际用于传送图像和信息的行数。举例而言,在NTSC中,每帧的525行中只有480行是传送图像信息的。同样,在每行中,只有在活动行序列中才传送图像信息,这比整行的持续时间短。举例而言,在NTSC中,63.55s中只有52.2s是活动行持续时间。帧速率是扫描速度。

  假设以下条件满足,下一小节中的完整NTSC帧扫描图像对在电视屏幕上可能出现的视频显示进行了模拟:

  扫描从代表偶数场垂直同步模式的几行开始扫描(从上到下逐行)。在偶数场的垂直同步模式之后插入可选的测试信号(ITS)。最后显示实际的奇数场活动图像。

  位于图8和图9底部的提取谱线轮廓显示了从偶数场提取的活动视频信号行。关于视频电平的更多信息,等参阅之前的视频信号小节。

  水平同步脉冲一般是简单的负脉冲,这些脉冲电平低于亮度信号电平。但是,垂直同步信号由分步在多行上的脉冲序列构成,脉冲序列对于奇数场和偶数场而言是不同的。图8和图9显示了用于两种场和三种主要视频格式的垂直同步模式。

  图10是一个灰度图像,由于它代表了原始NTSC视频波形的强度图。色彩信息嵌入到这个波形中,还没有进行编码。

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